现代通信网络ppt下载

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教材 蒋青等，现代通信技术基础，北京：高等教育出版社，2008 参考教材 崔健双等， 现代通信技术概论，北京：机械工业出版社，2009 王兴亮， 现代通信技术与系统，北京：电子工业出版社，2008 课程主要内容 1、绪论 2、通信传输技术 3、信道与信道复用 4、现代数字交换技术 5、光纤传输网技术 6、移动无线通信技术 9、现代通信网 第1章 绪论 1.1 通信技术的历史演进 1.2 通信的基本概念 1.3 通信网概述 1.4 通信技术的社会作用和发展趋势 1.1通信技术的历史演进 什么是通信？ 异地间人与人、人与机器、机器与机器进行信息的传递和交换。 1832年，俄国外交家希林在当时著名物理学家奥斯特电磁感应理论的启发下，制作出了用电流计指针偏转来接收信息的电报机 . 1837年6月，英国库克和惠斯通设计制造了第一个有线电报 。首先在铁路上获得应用。不过，这种方式很不方便和实用 。 1844年5月24日，莫尔斯从华盛顿到巴尔的摩拍发人类历史上的第一份电报，通信距离60km。在座无虚席的国会大厦里，莫尔斯用激动得有些颤抖的双手，操纵着他倾十余年心血研制成功的电报机， 发出了:“上帝创造了何等奇迹!”一语。 莫尔斯(1791-1972): 美国画家和发明家，擅长肖像画及历史绘画，1826－1842年任美国画家协会主席. 通信的发展简史 1871年，贝尔任波士顿大学声学生理学家和聋哑人语的教师。 1876年2月14日，贝尔和沃森申请了那个著名的电话专利。 同一天另一个发明家格雷（1835-1901）也向美国专利局递交了相似设备的专利申请书，只因比贝尔晚了几个小时而痛失电话发明权。 1925年贝尔实验室成立。 通信的发展简史 1871年，贝尔任波士顿大学声学生理学家和聋哑人语的教师。 1875年的一天，由于机件发生故障，贝尔的助手沃森看管的发报机上的一块铁片在电磁铁前不停地振动； 这一振动产生了波动的电流沿着导线传播，使邻室的一块铁片产生了同样的振动，振动发出的微弱声音被贝尔听到了； 由此启发他产生了新奇的联想和构思。 1875年6月2日贝尔和沃森利用电磁感应原理，试制出世界上第一部传递声音的机器──磁电电话机。 于1876年2月14日向美国专利局递交了专利申请书。 同一天另一个发明家格雷也向美国专利局递交了相似设备的专利申请书，只因比贝尔晚了几个小时而痛失电话发明权。 贝尔电话机的原理是：对着话筒说话，使话筒底部的金属膜片随声音而振动，膜片的振动带动一根磁性簧片随之振动，在电磁线圈中便产生了感应电流，电流经导线传至受话一方，使受话器上的膜片相应的振动，将话音还原出来。 意大利人，起初为舞台技工，后来研究电生理学 。 1849年发现并开始研究电话。 1860年，向公众展示了这个系统，并发表了关于这项发明的介绍。 1871年，梅乌奇交了一种需要一年一更新的专利权 2002年6月15日，美国议会议定议案，认定安东尼奥.梅乌奇为电话的发明者。 1854年，电话原理就已由法国人鲍萨尔设想出来了。 6年之后德国人赖伊斯又重复了这个设想。原理是：将两块薄金属片用电线相连，一方发出声音时，金属片振动，变成电，传给对方。但这仅仅是一种设想，问题是送话器和受话器的构造，怎样才能把声音这种机械能转换成电能，并进行传送。 格雷的设计原理与贝尔有所不同，是利用送话器内部液体的电阻变化，而受话器则与贝尔的完全相同。 1877年，爱迪生又取得了发明碳粒送话器的专利。 1881年电话传入中国。 通信的发展简史 1887年3月21日，德国物理学家赫兹(1857－1894 ) 在实验中发现，电火花的能量能够越过空间传到远处。这是人类历史上第一次证实了电磁波的存在。但赫兹断然否认选用电磁波进行通信的可能性。他认为如要利用电磁波进行通信的话，需要有一面面积与欧洲大陆相当的巨型反射镜。 通信的发展简史 1895年5月7日，36岁的波波夫在彼德堡的俄国物理化学会的物理分会上，宣读了关于“金属屑与电振荡的关系”的论文，并当众展示了他发明的无线电接收机。当他的助手在大厅的另一端接通火花式电波发生器时，波波夫的无线电接收机便响起铃来；断开电波发生器，铃声立即中止。几十年后，为了纪念波波夫在这一天的划时代创举，当时的苏联政府便把5月7日定为“无线电发明日”。 通信的发展简史 1897年5月18日，意大利人马可尼进行横跨布里斯托尔海峡的无线电通信取得成功，通信距离为14公里。 影响通信发展的重要发明或理论 1906年，福雷斯特发明了真空三极管放大器。 1925年，英国发明家贝尔德在前人研究的基础上终于制成了世界上第一台有实用价值的电视机. 1935年，英国的沃森.瓦特研制成功了世界上第一部雷达。 1941年，冯.诺依曼发明第一台电子计算机。 1947.12月，贝尔实验室肖克利等发明了取代电子管的晶体管。 1948年，Claude E.Shannon发表了信息论。 影响通信发展的重要发明或理论 1957年10月4日，第一颗人造地球卫星上天，地球上第一次收到了来自人造卫星的电波。它不仅标志着航天时代的开始， 也意味着卫星通信的时代即将到来。 1958年，基尔比和诺依斯分别发明了集成电路。 1980年，贝尔公司推出FT3光纤通信系统。 70年代末至80年代中，美、欧、日本建立第一代蜂窝移动通信系统 1989年，美国卫星全球定位系统（GPS）完成部署 。 1993年，美国政府提出了建设国家“信息高速公路”的建设计划，从此进入互联网时代。 1.2 通信的基本概念 1.2.1消息、信号和信息 通信的目的：为了获取信息 信息：是人类社会和自然界中需要传递、 交换、存储和提取的抽象内容 消息：表示信息的语言、文字、图像和数据 信号：运载消息的声、光、电等物理量 数字信号 幅度仅能够取有限个离散值的信号称为数字信号。典型的数字信号如下： 信号的频域特性 信号的频域特性表达的是信号幅度和相位随频率变化的规律。 周期脉冲信号的频谱分析 根据傅立叶级数理论，任意周期函数u(t)均可分解为直流分量和无限多个正弦及余弦分量之和。 信号的带宽 信号的衰耗与增益 噪声与失真 叠加在有用信号之上并对其产生有害影响的成分，称为噪声。噪声是一种随机信号 经过传输后的信号，由于受到各种因素的影响可能会发生畸变，称为信号失真。 噪声叠加导致信号幅度失真 1.3、信息的度量 通信的目的在于信息的传递和交换。 信息是对事物运动状态或存在方式的不确定性的描述。用数学语言来讲，不确定性就是随机性，具有不确定性的事件就是随机事件 。因此可运用研究随机事件的数学工具——概率来测度不确定性的大小。我们把消息用随机事件表示，而发出这些消息的信源则用随机变量来表示。 1.2.3 通信系统的分类 按照不同的分法，通信可分成许多类别。 1、按传输媒质分类 可分为有线通信和无线通信两大类。 2、按信号的特征分类 按照携带信息的信号是模拟信号还是数字信号，可以相应地把通信分为模拟通信与数字通信。 3、按工作频段分类 按通信设备的工作频段不同，通信可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。 1.2.4 通信系统的主要性能指标 从研究信息传输方面考虑，通信的有效性和可靠性是通信系统中最主要的性能指标。 1 有效性：是指消息传输的“速度”问题。 2 可靠性：主要是指消息传输的“质量”问题。 在实际通信系统中，对有效性和可靠性这两个指标的要求经常是矛盾的，提高系统的有效性会降低可靠性，反之亦然。 一、模拟通信系统的主要性能指标 ⒈ 有效性指标：用所传信号的有效传输带宽来表征。当信道容许传输带宽一定，而进行多路频分复用时，每路信号所需的有效带宽越窄，信道内复用的路数就越多。显然，信道复用的程度越高，信号传输的有效性就越好。 信号的有效传输带宽与系统采用的调制方法有关。同样的信号用不同的方法调制得到的有效传输带宽是不一样的。 ⒉ 可靠性指标：用通信系统接收端的输出信噪比来衡量。信噪比是信号的平均功率S与噪声的平均功率N之比。信噪比越高，说明噪声对信号的影响越小。显然，信噪比越高，通信质量就越好。 二 、数字通信系统的主要性能指标 1、有效性指标 用传输速率和频带利用率来表征。 （1）传输速率 传输速率有两种表示方法：码元传输速率和信息传输速率。 码元传输速率(码元速率RBN)，简称传码率，它是指系统每秒钟传送码元的数目，单位是波特(Baud)。 信息传输速率(信息速率Rb)，简称传信率，它是指系统每秒钟传送的信息量，单位是比特/秒，常用符号“bit/s”表示。 （2）频带利用率 频带利用率有两种表示方式：码元频带利用率和信息频带利用率。 码元频带利用率是指单位频带内的码元传输速率，即 信息频带利用率是指每秒钟在单位频带上传输的信息量，即 2、可靠性指标 （1）误码率：指接收到的错误码元数和总的传输码元个数之比，即在传输中出现错误码元的概率，记为 （1.2-18） （2）误信率：又叫误比特率，是指接收到的错误比特数和总的传输比特数之比，即在传输中出现错误信息量的概率，记为 （1.2-19） [例1.2-6] 已知某八进制数字通信系统的信息速率为 3000bit/s ，在收端10分钟内共测得出现18个错误码元，试求该系统的误码率。 解： 依题意   则 由式（1.2-18）得系统的误码率 1.3 通信网概述 1.3.1 通信网的概念 所谓通信网是指由一定数量的节点（包括终端设备和交换设备）和连接节点的传输链路相互有机地组合在一起，以实现两个或多个规定点间信息传输的通信体系。 1、通信网的组成 现代通信网一般由用户终端设备、传输系统、交换设备三大部分组成。 终端设备是通信网中的源点和终点。其主要功能是将输入信息变换为适合在信道中传送的信号，并参与控制通信系统工作。 传输系统是网络节点的连接媒体，也是信息与信号的传输通路。它由传输介质和各种通信装置组成。 交换设备是通信网的核心。其功能有交换、控制、管理及执行等。 此外还必须有一套软件，如信令、协议和各种标准等。 (1)信息传输。这是通信网的基本功能 。 (2)差错控制。现实的通信线路可能会受到这样或那样的干扰，因此误码是不可能完全避免的。所以采用差错控制措施，将误码率控制在一定的范围内是通信网必备的功能。 (3)寻址和路由。在通信网中，信源的信息到达信宿一般不能直接完成，而要经过中间节点的转发。在转发时通常都有多种可能的选择，这时通信网必须具备选择最佳路由的功能。 (4)网络管理。通信网是由软件和硬件按一定方式组织起来的一个复杂的通信系统。网络管理负责网络的运营管理、维护管理和资源管理，使通信网在各种情况下都能提供良好的服务质量，或为查找和排除故障提供帮助。 1.3.3 通信网的质量要求 为了使通信网能快速、有效、可靠地传递信息，通常对通信网提出接通的任意性与快速性、信号传输的透明性与传输质量的一致性、网络的可靠性与经济合理性这3项要求。 1、接通的任意性与快速性 接通的任意性与快速性是指网内的一个用户应能快速地接通网内任一其他用户。 2、信号传输的透明性与传输质量的一致性 信号传输的透明性是指在规定业务范围内对用户信息不加任何限制，都可以在网内传输；传输质量的一致性是指网内任何两个用户通信时，应具有相同或相仿的传输质量，而与用户之间的距离无关。 3、网络的可靠性与经济合理性 可靠性是使通信网平均故障间隔时间（两个相邻故障间隔时间的平均值）达到要求。提高可靠性往往要影响其经济合理性，因此应根据实际需要在可靠性与经济性之间取得折衷和平衡。 4、能适应通信新技术和通信新技术的发展 1.4 通信技术的社会作用和发展趋势 1.4.1 通信技术的社会作用 通信技术被公认为国民经济发展的“加速器”和社会效益的“倍增器”，现代通信技术是改变人们生活方式的“催化剂”，是信息时代和信息社会的生命线。其作用可表现为以下几方面： 1、通信的“诱发”效应 据统计，对通信技术和通信事业的适度投资会产生显著的社会经济效益。 2、通信发展能够缩短时间和空间的跨度，加快资金周转。hzF红软基地

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